دسته: قیرهای اصلاح شده و پلیمری

عملکرد شیارشدگی

بررسی عملکرد شیارشدگی مخلوط آسفالت گرم حاوی سرباره مس-بخش هفتم

Posted on by
Share

بررسی عملکرد شیارشدگی مخلوط آسفالت گرم حاوی سرباره مس-بخش هفتم

نتایج آزمون ردیابی چرخ

 مقاومت در برابر شیار شدگی مخلوط با افزودن تا مقدار 20 درصد سرباره مس بهبود چشمگیری می‌یابد. بااین‌حال، با جایگزینی بیش از 20 درصد ذرات با سرباره مس، مقاومت در برابر شیار شدگی مخلوط کاهش قابل‌ملاحظه‌ای خواهد داشت. دو عامل مؤثر بر شیار شدگی در مخلوط آسفالت، درهم تنیدگی ذرات و ثبات قیر می‌باشد. کاهش مقاومت مخلوط حاوی بیش از 20 درصد سرباره مس در برابر تغییر شکل دائمی به علت کاهش درهم تنیدگی بین ذرات براثر وقوع پدیده تفکیک ذرات درشت است. با جایگزینی ذرات سرباره مس برحسب حجم می‌توان از بروز این پدیده اجتناب کرد. مقدار بیش‌ازحد قیر در مخلوط حاوی سرباره مس می‌تواند عامل تشدیدکننده تفکیک ذرات درشت بوده و باعث کاهش مقاومت در برابر شیار شدگی می‌شود.

نتیجه‌گیری و توصیه ها

این پژوهش خصوصیات مخلوط آسفالت گرم (WMA) حاوی سرباره مس به‌عنوان ذرات ریز را موردبررسی قرار داد. ذرات سنگ‌آهک ریز تا 40 درصد وزنی (از مجموع وزن کل ذرات) توسط سرباره مس جایگزین شد و خصوصیات 5 نوع مخلوط مختلف حاوی درصدهای مختلف سرباره مس (0 درصد، 10 درصد، 20 درصد، 30 درصد و 40 درصد) موردبررسی و ارزیابی قرار گرفت. این مطالعه بر پایه نتایج به‌دست‌آمده از آزمون‌ها، نتیجه‌گیری زیر را ارائه می‌کند:

  • بر طبق نتایج آزمون مارشال، جایگزینی سنگدانه های آهکی تا حدود 20 درصد وزنی از مجموع وزن کل ذرات توسط سرباره مس منجر به بهبود پایداری مارشال و سهمیه مارشال می‌شود. جریان مارشال نیز با افزایش مقدار سرباره مس در مخلوط کاهش می‌یابد.

  • به دلیل قطعات ریز و زاویه‌دار ذرات سرباره مس، مقاومت در برابر تغییر شکل دائمی مخلوط حاوی تا حدود 20 درصد سرباره مس، افزایش‌یافته و پس‌ازآن سقوط قابل‌توجهی دارد. ازاین‌رو استفاده تا حدود 20 درصد وزنی سرباره مس در مخلوط آسفالت‌های ساخته‌شده برای مناطق با آب‌وهوای گرم توصیه می‌شود.

 

  • جایگزینی بیش از 20 درصد سرباره مس منجر به کاهش درهم تنیدگی بین ذرات می‌شود. بااین‌حال، با جایگزینی ذرات مس برحسب حجم می‌توان از بروز این مشکل جلوگیری کرد؛ بنابراین به‌شدت توصیه می‌شود که در تحقیقات آتی جایگزینی ذرات سرباره مس برحسب حجم کل ذرات مدنظر قرار گیرد.

برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

بررسی عملکرد شیارشدگی مخلوط آسفالت گرم حاوی سرباره مس

عملکرد شیارشدگی مخلوط آسفالت گرم

بررسی عملکرد شیارشدگی مخلوط آسفالت گرم حاوی سرباره مس-بخش چهارم

Posted on by
Share

بررسی عملکرد شیارشدگی مخلوط آسفالت گرم حاوی سرباره مس-بخش چهارم

 آماده‌سازی نمونه‌ها برای آزمون مارشال، تست جریان و نرخ ردیابی چرخ

جهت آماده سازی نمونه ها برای آزمون مارشال 75 عدد نمونه حاوی 0 درصد، 10 درصد، 20 درصد، 30 درصد و 40 درصد سرباره مس  تهیه شد. برای هر پنج نوع مخلوط قیر به مقدار 4 درصد،4/5 درصد، 5 درصد، 5/5 درصد، 6 درصد و 6/5 درصد به‌منظور مشخص کردن مقدار بهینه قیر اضافه شد. برای هر درصد از قیر، نمونه‌های مارشال ساخته‌شده و طبق استاندارد ASTM D1559 مورد آزمایش قرار گرفت. سنگدانه ها به مدت 24 ساعت و تا دمای 135 درجه سانتی‌گراد حرارت داده‌شد. سپس قیر مذاب حاوی ساسوبیت به آن‌ها اضافه‌شده و به مدت 5 دقیقه باهم مخلوط شدند. برای فشرده‌سازی نمونه‌های مارشال، دستگاه متراکم کننده مارشال به‌صورت 75 چرخه برای هر طرف از نمونه‌ها در تطابق با استاندارد ASTM D1559 مورداستفاده قرارگرفته است.

پس از مشخص شدن مقدار بهینه قیر برای هر مخلوط، تعداد 30 نمونه توسط دستگاه فشرده‌ساز Superpave Gyratory به‌منظور انجام آزمون‌های خزش و ردیابی چرخ تهیه شد. دستگاه فشرده‌ساز Superpave Gyratory از یک قالب طراحی‌شده خاص استفاده می‌کند که با زاویه 1/25 درجه چرخش دارد. هنگامی‌که قالب شروع به چرخش در 30 دور در دقیقه می‌کند، بار استاتیک 600 کیلو پاسکال بر روی نمونه‌ها قرار می‌گیرد. دستگاه فشرده‌ساز Superpave Gyratory برای فشرده‌سازی مخلوط تا زمانی که حجم فضاهای خالی در حدود 4 درصد شود تنظیم‌شده است. دمای اختلاط 135 درجه سانتی‌گراد و مقدار بهینه قیر هر مخلوط برای آماده‌سازی نمونه متناظر نیز استفاده شد. تمامی نمونه‌ها توسط چکش مارشال متراکم شدند. مجموع وزن سنگ‌دانه‌ها در نمونه‌ها 1200 گرم، دمای اختلاط آزمایشگاهی 135 درجه سانتی‌گراد و دمای فشرده‌سازی 110 درجه سانتی‌گراد بود. 

 

برنامه انجام آزمون‌ها

آزمون مارشال

آزمون پایداری مارشال در مهندسی بزرگراه‌ها برای طراحی مخلوط و ارزیابی آن مورداستفاده قرار می‌گیرد. اگرچه روش مارشال اساساً یک روش تجربی است، اما برای مقایسه مخلوط‌ها تحت شرایط خاص مفید است (Ahmed و همکاران 2006، Baldo و 2012Pasetto). آزمون پایداری مارشال و تست جریان بر روی نمونه‌ها با مقدار قیر مختلف انجام گرفت و مقدار بهینه قیر طبق استاندارد ASTM D1559 مشخص شد. سه نمونه از هر مخلوط در وان آب 60 درجه سانتی‌گراد به مدت 30 الی 40 دقیقه قرار داده شد. پس از غوطه‌وری نمونه‌ها برای مدت‌زمان موردنیاز، نمونه‌ها به‌سرعت تحت نرخ بارگذاری 51 میلی‌متر در دقیقه و تا زمان وقوع شکـست قرار داده شدند. وزن مخصوص و مقدار فضای خالی نمونه‌ها مطابق با استاندارد ASTM D2726 اندازه‌گیری شد. 

برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

بررسی عملکرد شیارشدگی مخلوط آسفالت گرم حاوی سرباره مس-بخش پنجم

برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

بررسی عملکرد شیارشدگی مخلوط آسفالت گرم حاوی سرباره مس

عملکرد شیارشدگی مخلوط آسفالت گرم حاوی سرباره مس

بررسی عملکرد شیارشدگی مخلوط آسفالت گرم حاوی سرباره مس-بخش اول

Posted on by
Share

بررسی عملکرد شیارشدگی مخلوط آسفالت گرم حاوی سرباره مس-بخش اول

 مقدمه

در چند دهه گذشته، مسائل و معضلات زیست‌محیطی زیادی ناشی از مقدار زیاد مواد ضایعاتی تولیدشده توسط بخش‌های صنعتی به وجود آمده است. بسیاری از کمپانی‌ها مواد ضایعاتی را تولید کرده و علاوه بر تولید محصولات اصلی خود، محصولات جانبی مانند اسیدها، قلیایی ها، روغن‌ها، ضایعات فلزی، سرباره، خاکستر بادی، لاستیک ضایعاتی، خرده‌سنگ، پودرها و غیره را تولید می‌کنند (Fadhil و همکاران 2013). بنابراین هدف اصلی سازمان‌های حفاظت از محیط‌زیست و دولت‌ها یافتن راهی ایمن برای دفع این محصولات جانبی است (Al-Jabri و همکاران 2006).

به‌عبارتی‌دیگر، مقدار موادی که برای ساخت جاده‌ها و ساختمان‌ها در دسترس است، محدود بوده و پیمانکاران باید هزینه‌های حمل‌ونقل را برای مواد موردنیاز از معادن تا محل پروژه را پرداخت کنند. ازاین‌رو، مواد ضایعاتی صنعتی می‌توانند به‌عنوان یک منبع ثانویه برای تأمین نیازهای ساخت‌وساز، بازسازی و تعمیر آسفالت جاده‌ها مورداستفاده قرار گیرند (عامری، حسامی و گلی 2013).

استفاده مجدد از مواد ضایعاتی در ساخت جاده نه‌فقط باعث ذخیره انرژی و منابع طبیعی شده، بلکه باعث کاهش مخاطرات زیست‌محیطی و درنتیجه حفظ محیط‌زیست می‌شود (Chandra و همکاران 2002، Pasetto و Baldo 2012). بخش بزرگی از مواد ضایعاتی مانند ضایعات شیشه، سرباره فولاد، تایرها و پلاستیک‌ها قابلیت استفاده شدن در پروژه‌های ساخت‌وساز جاده و ساختمان را دارند (Huang، Bird و Heidrich 2007).

علاوه بر مواد تشکیل‌دهنده (قیر و سنگدانه)، منابع گرما برای فرآوری آسفالت موردنیاز بوده که هزینه‌های اقتصادی و اثرات نامطلوب محیطی را در بردارد (Chiu و همکاران 2008). خشک‌کردن و گرم کردن ذرات منجر به هدر رفتن مقدار زیادی انرژی و انتشار آلاینده‌های گازی می شود. بنابراین دانشمندان تعدادی فناوری جدید ساخت مواد آسفالت را برای کاهش درجه حرارت اختلاط و فشرده‌سازی (مانند مخلوط آسفالت سرد و مخلوط آسفالت گرم) را ابداع کرده و توسعه دادند. این فناوری‌ها به مقدار کم‌تری انرژی و گرمایش برای تولید مخلوط آسفالت نیاز داشته و اثرات نامطلوبی بر خصوصیات آسفالت ندارند (عامری و همکاران 2013).

علاوه بر مواد ذکرشده در بالا، مخلوط آسفالت گرم فواید دیگری مانند بهبود کارایی، ارائه فواصل طولانی‌تر، افزایش حجم آسفالت بازیافت شده در مناطق شهری را دارد. در حالت ایدئال، عملکرد مخلوط آسفالت گرم (WMA) ازلحاظ ساختاری و عملکردی حداقل باید همانند مخلوط آسفالت داغ (HMA) باشد. به‌عبارتی‌دیگر، به‌منظور تأمین پوشش و کارایی مورد انتظار، فناوری مخلوط آسفالت گرم (WMA) نیاز به کاهش ویسکوزیته بایندر آسفالت از طریق اضافه کردن افزودنی‌های آلی و یا معدنی، امولسیون شیمیایی و یا فوم سازی با استفاده از آب را دارد.

این فرآیندها اجازه تولید مخلوط سنگدانه-قیر را در درجه حرارتی مابین 17 الی 55 درجه سانتی گراد کم‌تر از درجه حرارت تولید مخلوط آسفالت داغ سنتی (HMA) را می‌دهد (حسامی و همکاران 2013). بدین منظور، تعداد زیادی افزودنی‌های بایندر مانند ساسوبیت و زئولیت مصنوعی به‌منظور جبران گرمایش کم‌تر به مخلوط آسفالت اضافه‌شده است. ساسوبیت یکی از بهترین افزودنی‌ها برای تولید مخلوط آسفالت گرم (WMA) بوده که نه‌تنها ویسکوزیته قیر را کاهش می‌دهد، بلکه مقدار نقطه نرمی، مدول ترکیب و عامل ضد شیار شدگی را افزایش و مقدار نفوذپذیری و زاویه فازی را هنگامی‌که دما بالاتر از 110 درجه سانتی‌گراد است، کاهش می‌دهد (Yi-qiu و همکاران 2012).

برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

بررسی عملکرد شیارشدگی مخلوط آسفالت گرم حاوی سرباره مس-بخش دوم

برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

بررسی عملکرد شیارشدگی مخلوط آسفالت گرم حاوی سرباره مس

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش پانزدهم

Posted on by
Share

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش پانزدهم

بازیافت قیر اصلاح‌شده پلیمری

قابلیت بازیافت قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB)

قیر یکی از مواد ترموپلاستیک کم‌هزینه و مهم است که کاربردهای بسیاری در ساخت‌وساز و مهندسی مواد دارد. به‌هرحال قیر ازلحاظ خصوصیات مکانیکی ضعیف بوده زیرا در دماهای کم سخت و شکننده است و در محیط‌های گرم، نرم و روان می‌شود. یکی از روش‌های بهبود عملکرد قیر ترکیب آن با پلیمرهای مصنوعی و تهیه قیر اصلاح شده پلیمری است. تعداد زیادی از پلیمرها برای اصلاح قیر مورداستفاده قرارگرفته‌اند که شامل پلی‌اتیلن‌ها، پلی الیفین ها، هوموپلیمرها و کوپلیمرهای استایرن، آینومرها، اتیلن وینیل استات ها و کوپلیمرهای اکلیریک، لاستیک(رابر)، مخلوط‌های پلیمری و خیلی مواد دیگر می‌باشد. اخیراً علاقه شدیدی برای استفاده از پلاستیک بازیافتی و یا ضایعات پلاستیکی ازجمله تایرهای لاستیکی برای اصلاح قیر به وجود آمده است.

بیش از سی سال از زمانی که استفاده گسترده از قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) از اواخر سال 1980 میلادی آغاز شد، می‌گذرد. بسیاری از آسفالت‌های ساخته‌شده با قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) در آن سال‌ها به پایان عمر سرویس خود رسیده و نیاز به جمع‌آوری آن‌ها وجود دارد. توسعه بازیافت قیر اصلاح‌شده پلیمری بعد از پایان طول عمرشان یکی از اصول مهم در این زمینه است که با اصل پایداری و تداوم استفاده از قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) مطابقت دارد.

دانشمندان در زمینه قابلیت بازیافت قیر اصلاح‌شده پلیمری تحقیقاتی را انجام داده‌اند. مخصوصاً در مورد قیر اصلاح‌شده با پلیمر استایرن بوتادین استایرن (SBS) که به‌طور گسترده جهت اصلاح قیر مورداستفاده قرارگرفته است. اگرچه در برخی از این پژوهش‌ها به این نتیجه رسیده‌اند که ازلحاظ فنی بازیافت قیر اصلاح‌شده پلیمری مسن به‌وسیله افزودن قیر دست‌نخورده امکان‌پذیر است، ولی در حال حاضر تکنیک‌های بازیافت موجود به‌طور گسترده موردپذیرش قرار نگرفته است.

علاوه بر این، سازوکار پیرشدگی قیر اصلاح‌شده پلیمری و جوان‌سازی آن در حال حاضر به‌خوبی شناخته‌نشده است؛ بنابراین، در آینده تحقیقات بیش‌تری باید در این راستا متمرکز شوند. در مورد توسعه انواع جدید پلیمرهای اصلاح‌کننده، باید مفهوم طراحی پایدار را معرفی کرد. بسیاری از مسائل جاری در مورد نتیجه بازیافت از این واقعیت که خاصیت قابلیت بازیافت در هنگام طراحی اغلب محصولات شرکت نداشته، نشأت می‌گیرد. اگر یک اصلاح‌کننده در ابتدا باقابلیت داشتن بازیافت طراحی شود، منجر به تولید محصولی با ارزیابی بهتر از چرخه طول عمر شده و محبوبیت آن را گسترش می‌دهد.

برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش شانزدهم

برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش دوازدهم

Posted on by
Share

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش دوازدهم

تحولات آینده

هدف ایدئال این است که طراحی پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر باید به ویژگی‌های موردنیاز قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) بسیار نزدیک باشند. توضیحات بیش‌تر درباره این مقوله در جدول شماره 3 ارائه‌شده است. پس از اختلاط با قیر، قرار است که پلیمر اصلاح‌کننده، تعامل فیزیکی و یا شیمیایی را با قیر در درجه حرارت مناسب جهت تشکیل یک ساختار دوفازی پایدار با دو فاز پیوسته و درهم‌تنیده برقرار کند. همان‌طور که پیش‌ازاین درباره آن بحث شده است، درجه پایین تعامل بین پلیمر و قیر می‌تواند منجر به ایجاد مشکل جدایش فازی شود. درحالی‌که درجه زیاد از آن نیز ممکن است باعث بروز مشکل ژله‌ای شدن و افزایش هزینه‌ها شود.

تعامل بین دو موکول پلیمر نیز نباید بیش‌ازحد کم یا زیاد باشد. پلیمرها با یک ساختار دوفازی از یک‌فاز پراکنده سفت و محکم در یک‌فاز پیوسته و انعطاف‌پذیر، برای به دست آوردن خصوصیات بهتر قیر اصلاح‌شده پلیمری مفید و مناسب است. با اصلاح قیر توسط این پلیمرهای ایدئال، خواص قیر تا حد بسیار زیادی بهبود می‌یابد.

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها

جدول 3   خصوصیات طراحی پلیمرهای اصلاح‌کننده با ویژگی‌های موردنیاز قیر اصلاح‌شده پلیمری

در حال حاضر، چالش موجود به دست آوردن تمامی خصوصیات موردنظر به‌طور هم‌زمان است؛ بنابراین تصمیم‌گیری در مورد ویژگی‌های غالب که بیش‌تر موردنیاز است در هنگام طراحی قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) بسیار مهم است. همان‌طور که در شکل شماره 12 نشان داده‌شده است، این سازش می‌تواند به دو شیوه انجام پذیرد:

  1. بهبود مناسب خصوصیات با یک هزینه بالا و قابل‌قبول

  2. کاهش چشمگیر هزینه‌ها با خصوصیات نسبتاً ضعیف

تمامی تلاش‌های انجام‌گرفته برای غلبه بر نقاط ضعف قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) که در این مقاله به آن‌ها اشاره‌شده درواقع بر روی سازش‌ها به روش اول متمرکزشده بود.

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها

شکل 12   توسعه پلیمرها برای اصلاح قیر

مسیرهای احتمالی برای بهبود خصوصیات، عامل دار کردن و توسعه و گسترش افزودنی‌های نوین می‌باشند. اگرچه عوامل محدودکننده زیادی در به‌کارگیری آن‌ها ازجمله روش عامل دار کردن و استفاده از پلیمرهای واکنشی در قیر وجود دارد، ولی این شیوه یک روش برای تحولات آینده است. بااین‌حال، شایان‌ذکر است که به نظر بهبود از طریق تعامل فیزیکی آسان‌تر و قابل‌دسترس‌تر بوده و نسبت به تعامل شیمیایی هنگامی‌که از عامل دار کردن برای بهبود سازگاری بین قیر و پلیمر و یا بهبود چشمگیر سازگاری بین قیر اصلاح‌شده پلیمری و سنگدانه ها به کار گرفته می‌شود، کنترل‌پذیرتر است. فعل‌وانفعالات فیزیکی دستیابی و کنترل آسان‌تری در فرآیند عامل دار کردن دارند. البته اگر فعل‌وانفعالات شیمیایی امکان‌پذیر باشند، تأثیرگذاری بیش‌تری برای بهبود چسبندگی بین قیر اصلاح‌شده پلیمری و سنگدانه ها دارند. همان‌طور که توسعه افزودنی‌ها بیش‌تر مانند سازگار کننده‌های مؤثر، آنتی‌اکسیدان‌ها و بهبوددهندگان چسبندگی نیز می‌توانند برای ارتقاء خصوصیات قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) مؤثرتر باشند.

برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش سیزدهم

برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها

قیرهای اصلاح‌شده پلیمری

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش نهم

Posted on by
Share

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش نهم

استفاده از آنتی اکسیدان ها در قیرهای اصلاح شده پلیمری

همان‌طور که پیش‌ازاین به آن اشاره شد، برخی از قیرهای اصلاح‌شده پلیمری (PMB) به اکسیداسیون حساس هستند. ازجمله این قیرهای اصلاح‌شده پلیمری می‌توان به قیر اصلاح‌شده با پلیمر استایرن بوتادین استایرن (SBS) اشاره کرد. در این‌گونه موارد، استفاده از آنتی‌اکسیدان‌ها می‌تواند در به تأخیر انداختن اکسیداسیون قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) مثمر ثمر باشد.

اکسیداسیون چیست؟

همانند بسیاری از مواد آلی، قیر وقتی در تماس با اکسیژن اتمسفر قرار می گیرد به آهستگی اکسید می شود. گروه های قطبی محتوی اکسیژن تشکیل می شوند و اینها تمایل به اجتماع در مایسل های با وزن مایسلی بالاتر دارند، درنتیجه ویسکوزیته قیر افزایش می یابد. گروه های قطبی هیدروکسیل، کربونیل و کربوکسیل تشکیل می شوند و منجر به مولکول‌های پیچیده تر و بزرگتر می شوند که قیر را سخت تر می کنند و انعطاف پذیری آن را کاهش می دهند. مقدار اکسیداسیون به شدت به دما، زمان و ضخامت لایه قیر بستگی دارد. در دمای بالای صد درجه سانتی گراد به ازای هر ده درجه افزایش دما سرعت اکسیداسیون دو برابر می شود. سخت شدگی به دلیل اکسیداسیون برای مدت زمان طولانی است که به عنوان عامل اصلی پیرشدگی قیر در نظر گرفته شده به طوری که عوامل دیگر کمتر در نظر گرفته شده است. به هرحال نشان داده شده است که اگرچه سایر فاکتورها اهمیت کمتری از اکسیداسیون دارند ولی قابل اندازه گیری می باشند.

آنتی‌اکسیدان‌های مختلی شامل، فنول مانع کننده، فسفیت ها و ترکیبات روی آلی در آزمایشگاه به قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) اضافه‌شده است. عقیده دانشمندان در افزودن آنتی‌اکسیدان برای جلوگیری از اکسیداسیون قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) در مهار رادیکال‌های آزاد و یا تجزیه هیدروکسیدهایی تولیدشده در طول فرآیند اکسیداسیون است. این واسطه‌ها بسیار واکنش‌پذیر بوده و مشارکت زیادی در فرآیند اکسیداسیون دارند. با استفاده از کنترل آن‌ها در آزمایشگاه، ثابت شد که آنتی‌اکسیدان‌ها باعث به تأخیر انداختن اکسیداسیون قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) می‌شوند. اما شرایط واقعی سرویس در جاده‌ها با شرایط آزمایشگاهی کاملاً متفاوت است. درنتیجه آنتی‌اکسیدان‌ها ممکن است با مسائل و مشکلات بیش‌تری در شرایط واقعی سرویس مواجه شوند.

ازجمله این مشکلات می‌توان به عدم تحرک کافی آن‌ها در ویسکوزیته متوسط طی دمای سرویس اشاره کرد. متأسفانه نویسنده این مقاله گزارش‌های دیگری درزمینه آزمون آنتی‌اکسیدان‌ها در قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) یافت نکرده است. علاوه بر این، هزینه بالای افزودن و استفاده از آنتی‌اکسیدان‌ها نیز یک عامل محدودکننده در به‌کارگیری آن‌ها برای به تأخیر انداختن و غلبه بر فرآیند اکسیداسیون در قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) است.

 

برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش دهم

برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها

الاستومرهای ترموپلاستیک

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش ششم

Posted on by
Share

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش ششم

الاستومرهای ترموپلاستیک (گرمانرم)

الاستومرهای ترموپلاستیک معمولاً نسبت به پلاستومر ها برای اصلاح پلیمری قیر مؤثرتر هستند. رایج‌ترین الاستومرهای ترموپلاستیک که به‌عنوان اصلاح‌کننده قیر کاربرد دارند، کوپلیمرهای استایرن بوتادین استایرن (SBS) و استایرن ایزوپرن استایرن (SIS) هستند. با توجه به ساختار شیمیایی مشابه آن‌ها، در این مقاله در مورد کوپلیمر استایرن بوتادین استایرن (SBS) به‌عنوان نمونه‌ای از الاستومرهای ترموپلاستیک بحث خواهد شد. کوپلیمر استایرن بوتادین استایرن (SBS) از زنجیره سه بلوکی استایرن-بوتادین-استایرن با یک مورفولوژی دوفازی شامل دامنه پلی استایرن (PS) سفت و محکم (فاز پراکنده) در ماتریکس پلی بوتادین (PB) انعطاف‌پذیر (فاز پیوسته) تشکیل‌شده است (مشاهده شکل شماره A6). دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) بلوک‌های پلی استایرن در حدود 95 درجه سانتی گراد و دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) بلوک‌های پلی بوتادین در حدود 80- درجه سانتی گراد است. تحت دمای معمول سرویس آسفالت قیری، بلوک‌های پلی استایرن شیشه‌ای شده و به استحکام استایرن بوتادین استایرن (SBS) در هنگامی‌که بلوک‌های پلی بوتادین انعطاف‌پذیر هستند کمک می‌کند. علاوه بر این، ناسازگاری بین کوپلیمرهای پلی استایرن و پلی بوتادین ممکن است منجر به ایجاد اتصالات عرضی فیزیکی بلوک‌های پلی استایرن در درجه حرارت محیط شود. این تجمع بلوک‌های پلی استایرن در درجه حرارت بالا و هنگامی‌که انرژی جنبشی ترمودینامیک مولکولی نسبت به انرژی نیروهای بین‌مولکولی بزرگ‌تر شود، از بین می‌رود.

به‌هرحال، همان‌طور که در شکل شماره 6 نشان داده‌شده، اتصالات عرضی فیزیکی در میان بلوک‌های پلی استایرن ممکن است دوباره تشکیل‌شده و الاستیسیته استایرن بوتادین استایرن (SBS) می‌تواند بعد از خنک شدن ترمیم شود که این خاصیت برای استایرن بوتادین استایرن برای آنکه یک اصلاح‌کننده قیر محبوب و کاربردی باشد بسیار مهم است.

الاستومرهای ترموپلاستیک

شکل 6   ساختار استایرن بوتادین استایرن (SBS) و تصویر شماتیک اتصالات عرضی برگشت‌پذیر در آن‌ها

پس از اضافه شدن کوپلیمر استایرن بوتادین استایرن (SBS) به قیر، برخی از واکنش‌های بین قیر و SBS رخ می‌دهد. Masson و همکاران گزارش کردند که واکنش بین‌مولکولی، بین قیر و بلوک‌های پلی بوتادین (PB) نسبت به واکنش‌های بین‌مولکولی، بین قیر و بلوک‌های پلی استایرن (PS) قوی‌تر است. آن‌ها بر این باور بودند که بلوک‌های پلی بوتادین (PB) با گروه‌ها با بار مثبت در قیر از طریق الکترون‌هایπشان تعامل برقرار می‌کند، درحالی‌که بلوک‌های پلی استایرن با گروه‌های غنی از الکترون در قیر از طریق پروتون‌های آروماتیک شان تعامل برقرار می‌کند. در هنگام اختلاط با قیر، بلوک‌های پلی استایرن در کوپلیمر استایرن بوتادین استایرن (SBS) جذب برخی از شاخه‌های اشباع و چند حلقه در ترکیبات سبک قیر شده که منجر به تورم بلوک‌های پلی استایرن و سختی قیر می‌شود. هنگامی‌که مقدار پلیمر کم باشد، استایرن بوتادین استایرن (SBS) به‌عنوان یک‌فاز مجزا در قیر پراکنده می‌شود. در صورت افزایش غلظت استایرن بوتادین استایرن (SBS)، وارونگی فازی در قیر اصلاح‌شده آغاز می‌شود. فرآیند وارونگی فازی در قیر اصلاح‌شده با SBS با استفاده از تصاویر فلورسنت در شکل شماره 7 ارائه‌شده است.

فرآیند ایدئال تشکیل دو فاز پیوسته درهم‌تنیده شامل فاز غنی از قیر و فاز غنی از استایرن بوتادین استایرن (SBS) است. در داخل فاز غنی از SBS، دو زیر فاز وجود دارد که شامل ماتریکس متورم پلی بوتادین (PB) و دامنه‌های پلی استایرن (PS) خالص است. از زمانی که فاز غنی از SBS تشکیل می‌شود، یک شبکه حامی لاستیکی درون قیر اصلاح‌شده به وجود می‌آید که نتیجه آن به‌صورت افزایش مدول ترکیب و ویسکوزیته قیر، بهبود پاسخ الاستیک و ارتقاء مقاومت در برابر شکستگی در دمای پایین قیر اصلاح‌شده با SBS نمایان می‌شود.

الاستومرهای ترموپلاستیک

شکل 7   تصاویر فلورسنت قیر اصلاح‌شده با SBS در مقادیر مختلف از آن (برحسب درصد وزنی)

خواص بسیار عالی که به‌صورت مکرر گزارش‌شده است و هم‌چنین پراکندگی نسبتاً مناسب (و یا حلالیت مناسب) در قیر و هزینه قابل‌قبول، استایرن بوتادین استایرن (SBS) را به‌عنوان یک اصلاح‌کننده مناسب و محبوب برای قیر مطرح کرده است. به‌هرحال، کوپلیمر استایرن بوتادین استایرن (SBS)، به‌طور کامل بی‌عیب و نقص نیست. به‌طور مثال، سازگاری بین قیر و کوپلیمر SBS خیلی خوب نیست. پایداری ذخیره‌سازی قیر اصلاح‌شده با SBS در شکل شماره 8 نشان داده‌شده است.

 Airey ادعا کرد که الاستومرهای ترموپلاستیک و آسفالتن ها در جذب ترکیبات سبک قیر در پیوندهای قیر-استایرن بوتادین استایرن باهم رقابت می‌کنند. درصورتی‌که مقدار این ترکیبات سبک ناکافی باشد، احتمال بروز جدایش فازی در قیر اصلاح‌شده وجود دارد. باید توجه داشت که قیر با مقدار آروماتیک زیاد می‌تواند در تولید قیر اصلاح‌شده با SBS پایدار و سازگار، مفید باشد. افزودن روغن‌های آروماتیک می‌تواند سازگاری بین SBS و برخی از قیرها حاوی مقدار آروماتیک کم را بهبود بخشد. وجود مقدار آروماتیک بیش‌ازحد بالا در اصلاح قیر ممکن است منجر به تورم و Anti-plasticizasion برخی از بلوک‌های پلی استایرن (PS) شود که این امر برای خواص نهایی قیر اصلاح‌شده مناسب نیست.

الاستومرهای ترموپلاستیک

شکل 8   توسعه مورفولوژی بازمان ذخیره‌سازی قیر اصلاح‌شده با SBS در 160 درجه سانتی گراد

برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش هفتم

برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش سوم

Posted on by
Share

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش سوم

دورنمای تاریخی

اصلاح پلیمری سابقه تاریخی طولانی‌مدتی دارد. قبل از تولید قیر پالایش‌شده، انسان‌ها شروع به اصلاح قیر طبیعی کرده و برخی از ایده‌ها در جهت به‌کارگیری لاستیک طبیعی اصلاح‌کننده ارائه شد. به‌هرحال، پلیمرهای مصنوعی تا بعد از پایان جنگ جهانی دوم به‌طور گسترده مورداستفاده قرار نگرفت. یکی از نخستین مثال‌های شناخته‌شده، لاتکس نئوپرن بوده که برای اصلاح قیر در آمریکای شمالی از سال 1950 میلادی به‌طور فزاینده‌ای مورداستفاده قرار گرفت.

پلاستومرها تاریخچه قدیمی‌تری از ترکیب مصنوعی نسبت به الاستومرهای ترموپلاستیک دارند. تولید تجاری اغلب پلاستومرهایی که در حال حاضر مرسوم می‌باشند، قبل از سال 1960 میلادی شروع‌شده است. نخستین محصول تجاری قابل‌قبول الاستومرهای ترموپلاستیک، استایرن بوتادین استایرن (SBS) بوده که در ایالات‌متحده آمریکا از سال 1965 میلادی به بعد توسعه‌یافته است. نخستین محصول اشباع با هیدروژنه، استایرن-اتیلن/بوتیلن-استایرن (SEBS) بوده که تولید آن در سال 1972 میلادی اعلام‌شده است. در سال‌های اخیر این پلیمرهای اقتصادی به‌طور عمده در صنایع بسته‌بندی، تایرسازی، تولید کفش و یا صنایع چسب سازی مورداستفاده قرارگرفته است.

قیر پلیمری اصلاح‌شده نخستین بار در صنعت عایق‌کاری پشت‌بام و سپس در قسمت ساخت آسفالت و روسازی مورداستفاده قرار گرفت. در سال 1965 میلادی، آتاکتیک پلی‌پروپیلن (APP) که یک محصول فرعی از تولید ایزو تاکتیک پلی‌پروپیلن (IPP) می‌باشد، نخستین بار برای اصلاح قیر جهت عایق‌کاری پشت‌بام در ایتالیا مورداستفاده قرار گرفت. نخستین محصول تجاری آن در سال 1967 میلادی به بازار عرضه گردید. به‌هرحال از استایرن بوتادین استایرن (SBS) به‌طور گسترده در اروپا تا اوایل سال 1970 میلادی استفاده نشد. همان‌طور که در ایالات‌متحده آمریکا نیز، شروع به‌کارگیری آن از سال 1978 میلادی بوده است. در این سال آمریکایی‌ها به‌طور گسترده از قیر اصلاح‌شده در عایق‌کاری پشت‌بام‌ها استفاده کردند. در حدود سال 1980 میلادی تولید نخستین قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) در آمریکا آغاز شد.

قیر اصلاح‌شده پلیمری دارای حوزه وسیع و گسترده‌ای است. اولین ایده در این زمینه مربوط به  ساخت ترکیب قیری با استفاده از قیر پایه و ایزوبوتیلن بوده که در اوایل سال 1940 میلادی ارائه‌شده است. بعدازآن، به‌خصوص پس از معرفی استایرن بوتادین استایرن (SBS) به‌عنوان یک اصلاح‌کننده قیر، تعداد زیادی از این قبیل ایده‌ها در سراسر جهان به‌کاررفته شد. با توجه به بحران نفتی از سال 1973 تا 1979 میلادی و از حدود چهل سال پیش، تلاش در جهت به‌کارگیری قیر اصلاح‌شده پلیمری برای ساخت جاده‌ها شروع به افزایش کرد. در طول سال 1970 میلادی، دانشمندان ثابت کردند که افزودن پلیمرها، شامل پلاستومرها و الاستومرهای ترموپلاستیک، می‌توانند برخی خصوصیات آسفالت‌های قیری، مانند کاهش حساسیت دمایی و افزایش مقاومت در برابر تغییر شکل دائمی را بهبود بخشند. در سال 1978 میلادی، Chaffin و همکاران، اشکال در توانایی پایداری ذخیره‌سازی قیر اصلاح‌شده با الاستومرها را گزارش کردند.

در طول سال 1980 میلادی، تحقیقات بر روی قیر اصلاح‌شده پلیمری به علت افزایش تقاضا برای به‌کارگیری لایه‌های نازک جهت ساخت آسفالت متمرکز شد. به‌طور مثال در سال 1980 میلادی، تحقیقاتی توسط Piazza و همکاران انجام گرفت که به ترتیب ویژگی‌های قیر اصلاح‌شده با پلاستومر ها و الاستومرهای ترموپلاستیک را شرح دادند. در سال 1982 میلادی، Kraus مورفولوژی قیر اصلاح‌شده با الاستومر را مطالعه کرده و گزارشی از تورم پلیمرها در قیر ارائه کرد. در سال 1983 میلادی، یک نوع بایندر که شامل پلی‌اتیلن (PE) اصلاح‌کننده قیر بود توسط Denning و همکاران گزارش شد. این بایندر منجر به بروز مشکل جدایش فازی و افزایش دمای تولید و فشرده‌سازی می‌شد. در طول چند سال بعد، تحقیقات بیش‌تر در مورد پلی‌اتیلن (PE) اصلاح‌کننده قیر منتشر شد. Bowering، ضرورت اصلاح قیر با پلیمر را در سال 1984 بازنگری کرد و ادعا نمود که هزینه نسبتاً بالای قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) را می‌توان باصرفه جویی هزینه‌ای ناشی از کاهش ضخامت لایه‌ها و افزایش طول عمر آسفالت ساخته‌شده با PMB جبران نمود. در سال 1987 میلادی، کنگره آمریکا برنامه تحقیقاتی بزرگراه‌های استراتژیک (SHRP) را تصویب کرد و شهرت قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) را با گسترش مشخصات مبتنی بر عملکرد برای قیرهای مرسوم و قیر اصلاح‌شده با تأکید بر رئولوژی را ترویج نمود. در سال 1989 میلادی، Resse و همکاران مقاومت خوب قیر اصلاح‌شده پلیمری در برابر پیرشدگی و شکستگی را بعد از دو سال تحقیقات میدانی در کالیفرنیا گزارش کردند. اگرچه آن‌ها اشاره کردند که ارزیابی بیش‌تر برای اثبات قطعی موفقیت‌آمیز بودن این اصلاحات موردنیاز است.

در اوایل سال 1990 میلادی، افزایش علاقه در پژوهشگرانی که بر روی اصلاح پلیمری قیر فعالیت می‌کردند در بیش‌تر کشورها مشاهده شد. دانشمندان به‌صورت سامانمند خصوصیات مکانیکی، رئولوژیکی، حساسیت دمایی، مورفولوژی، رفتار حرارتی، پایداری ذخیره‌سازی و پیرشدگی قیرهای اصلاح‌شده پلیمری مختلفی را موردبررسی قراردادند. مزایا و معایب قیرهای اصلاح‌شده پلیمری (PMBs) که به‌طور گسترده مورداستفاده قرارگرفته بود به‌تدریج پیدا شدند. ازیک‌طرف، به این نتیجه رسیدند که نتیجه اصلاح پلیمری با استفاده از استایرن بوتادین استایرن (SBS) اصلاح‌کننده قیر در بهبود برخی از خصوصیات قیر است. ازجمله بهبود خاصیت کشسانی الاستیک، افزایش مقاومت در برابر شکست در دمای پایین و افزایش مقاومت در برابر شیار شدگی در دماهای بالا . از طرفی دیگر، برخی از اشکالات مانند حساسیت دمایی برخی پلیمرهای اصلاح‌کننده و مشکل جدایش فازی برخی از قیرهای اصلاح‌شده پلیمری به اثبات رسید. در ژوئن 1998 میلادی، سمپوزیوم بین‌المللی انجمن جهانی جاده (PIARC) یک بازنگری از وضعیت موجود در آن زمان انجام داده که گزارش آن در سال 1999 میلادی منتشر شد. علاوه بر این، تلاش در جهت حذف اشکالات قیرهای اصلاح‌شده پلیمری از سال 1990 میلادی آغاز شد. در سال 1996 میلادی، Giavarini و همکاران اثبات کردند که پلی‌پروپیلن (PP) اصلاح‌کننده قیر می‌تواند به‌وسیله افزودن پلی فسفریک اسید (PPA) پایدار می شود.  سپس به این باور رسیدند که PPA می‌تواند در بهبود پایداری ذخیره‌سازی قیر اصلاح‌شده پلیمر به‌وسیله تغییرات در ساختار قیر از حالت sol به gel مؤثر باشد.

بعد از سال 2000 میلادی تحقیقات راجع به قیر اصلاح‌شده پلیمری بر دو زمینه کلی تقسیم‌شده است:

  1. تحقیقات عمیق در مورد مکانیسم اصلاح پلیمری قیر و شکست آن

  2. تلاش در جهت غلبه بر برخی از معایب قیرهای اصلاح‌شده پلیمری

زمینه نخست بیش‌تر بر روی ریزساختارها، تغییر شکل، شکستگی، پیرشدگی و خستگی قیر اصلاح‌شده پلیمری متمرکزشده است. حتی در حال حاضر هم برخی از مباحث دانشگاهی در این زمینه وجود دارد. به‌طور مثال، برخی از دانشمندان بر این باورند که قیر دارای یک ساختار کلوئیدی ناهمگن است. در نتیجه قیر اصلاح‌شده پلیمری همان‌طور که در شکل شماره 1 نشان داده‌شده، باید به‌عنوان یک امولسیون ویسکوالاستیک چند فازی (پلیمرها/آسفالتن ها/مالتن ها) موردبررسی قرار گیرد. درحالی‌که برخی دیگر از دانشمندان ادعا می‌کنند که قیر یک محلول مولکولی پیوسته همگن است. آن ها بر این باورند که بر اساس حلالیت متقابل، پلیمرها تأثیرات خوبی بر قیر اصلاح‌شده پلیمری به‌وسیله حلالیت نسبی‌شان در قیر دارند (مشاهده شکل شماره 2). مثال‌های دیگر این است که برخی از پژوهشگران عقیده دارند که آسفالتن ها ترکیبات به‌شدت قطبی در قیر بوده و قطبیت پلیمرهای اصلاح‌کننده، تأثیر چشم‌گیری در سازگاری آن‌ها با قیر و پایداری ذخیره‌سازی نهایی قیر اصلاح‌شده پلیمری دارد. اما برخی دیگر بر این عقیده هستند که آسفالتن ها ازنظر شیمیایی مولکول‌های غیر قطبی معمولی هستند.

به‌عنوان تلاش‌هایی در جهت غلبه بر این معایب در سال 2000 میلادی، راه‌حل‌های مختلفی برای حذف اشکالات قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) ارائه شد. این تلاش ها شامل ولکانیزاسیون سولفور، افزودن آنتی‌اکسیدان‌ها، استفاده از رس‌های معدنی آب‌گریز و عامل دار شدن (ازجمله به‌کارگیری پلیمرهای واکنشی) بود. تمامی این راه‌حل‌ها در این مقاله موردبحث و بررسی قرار می گیرد.

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها

شکل 1   تصویر شماتیک از ساختار کلوئیدی قیر و تأثیر پلیمر اصلاح‌کننده. (A) قیر پایه، (B) قیر اصلاح‌شده پلیمری متناظر با افزایش مقدار آسفالتن ها در ماتریکس و (C) میسل های آسفالتن

 

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها

شکل 2   (A) حوزه حلالیت مالتن ها و آسفالتن های جدا شده از قیر ونزوئلا. (B) پارامتر حلالیت Hansen استایرن بوتادین استایرن و قیر ونزوئلا

برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها-بخش چهارم

برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر، پیشرفت‌ها و چالش‌ها

قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه ای

بررسی عملکرد قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه ای در برابر پیرشدگی براثر اشعه فرابنفش-بخش ششم

Posted on by
Share

بررسی عملکرد قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه ای در برابر پیرشدگی براثر اشعه فرابنفش-بخش ششم

 آنالیز طیف‌سنجی فروسرخ ترکیب‌بندی شیمیایی قیر، قبل و بعد از پیرشدگی براثر تابش اشعه فرابنفش

طیف‌سنجی فروسرخ ترکیب‌بندی شیمیایی نمونه قیر شاهد و نمونه قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه‌ای، قبل و بعد از پیرشدگی براثر تابش اشعه فرابنفش در شکل شماره 3 نشان داده‌شده است. شاخص‌های ساختاری مربوطه نیز در جدول شماره 4 ارائه‌شده است. می‌توان مشاهده کرد که مقادیر شاخص کربونیل (IC=O) و شاخص سولفوکسید (IS=O) برای چهارترکیب شیمیایی در درجات مختلف برای هردو نوع نمونه قیر شاهد و نمونه قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه‌ای بعد از پیرشدگی براثر تابش اشعه فرابنفش، افزایش می‌یابد. افزایش شاخص کربونیل (IC=O) و شاخص سولفوکسید (IS=O) چهارترکیب شیمیایی قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه‌ای بعد از پیرشدگی براثر تابش اشعه فرابنفش نسبت به نمونه قیر شاهد، کوچک‌تر است. نتایج آشکار می‌کند که هیدروکسیدهای دولایه‌ای (LDHs) در بازدارندگی واکنش اکسیداسیون چهارترکیب قیر مؤثر است.

قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه ای

شکل 3   طیف‌سنجی فروسرخ ترکیبات قیر قبل و بعد از پیرشدگی براثر تابش اشعه فرابنفش

با مقایسه نرخ تغییرات شاخص‌های ساختاری چهارترکیب قیر، می‌توان فهمید که نرخ تغییر شاخص سولفوکسید (IS=O) آروماتیک‌ها و آسفالتن ها در نمونه قیر شاهد به ترتیب برابر با 335 درصد و 217 درصد است، اما داده‌های متناظر قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه‌ای کاهش آشکاری داشته و به ترتیب 84 درصد و 44 درصد است. برای شاخص کربونیل (IC=O)، نرخ تغییر آسفالتن ها کاهش قابل‌ملاحظه‌ای از 212 درصد به 44 درصد داشته است. بزرگ‌ترین کاهش شاخص کربونیل در نرخ تغییر آسفالتن ها و بیش‌ترین کاهش شاخص سولفوکسید در نرخ تغییر آروماتیک‌ها، نشان می‌دهد که هیدروکسیدهای دولایه‌ای به‌طور عمده بر آروماتیک‌ها و آسفالتن ها تأثیرگذار هستند.

قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه ای

جدول 3   شاخص‌های ساختاری ترکیب‌بندی شیمیایی قیر

نتیجه‌گیری

در این پژوهش، تأثیر هیدروکسیدهای دولایه‌ای (LDHs) بر روی خواص فیزیکی و ضد پیری براثر تابش اشعه فرابنفش در قیر بررسی شد. قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه‌ای، خصوصیات دمابالا بهتری را در مقایسه با نمونه شاهد از خود نشان داد. کاهش در شاخص گرانروی پیری (VAI) و نقطه نرمی افزایشی (SPI) قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه‌ای و افزایش در نرخ نفوذپذیری باقیمانده (RPR)، نشان می‌دهد که هیدروکسیدهای دولایه‌ای می‌توانند در بهبود خصوصیات ضد پیری براثر تابش اشعه فرابنفش مؤثر باشند.

با افزودن هیدروکسیدهای دولایه‌ای، کاهش اشباع‌ها و آروماتیک‌ها و همچنین افزایش رزین‌ها و آسفالتن ها در نمونه قیر اصلاح‌شده نسبت به قیر شاهد بعد از پیرشدگی براثر تابش اشعه فرابنفش، کم‌تر است. درنتیجه این امر نشان می‌دهد که هیدروکسیدهای دولایه‌ای تأثیر بسزایی در جلوگیری از ژله‌ای شدن قیر دارند.

آنالیز طیف‌سنجی تبدیل فوریر فروسرخ (FTIR) نشان داد که شاخص کربونیل و سولفوکسید قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه‌ای، افزایش کم‌تری را بعد از پیرشدگی براثر تابش اشعه فرابنفش در مقایسه با نمونه شاهد از خود نشان می‌دهند. بر اساس تحقیقات بیش‌تر، نرخ تغییرات شاخص کربونیل و سولفوکسید آروماتیک‌ها و آسفالتن ها، کاهش آشکاری را در مقایسه با تغییرات جزئی اشباع‌ها و رزین‌ها بعد از افزودن هیدروکسیدهای دولایه‌ای در طول فرآیند پیری براثر تابش اشعه فرابنفش دارد. درنتیجه این نتایج ثابت می‌کند که هیدروکسیدهای دولایه‌ای عمدتاً از اکسیداسیون آروماتیک‌ها و آسفالتن ها جلوگیری می‌کنند.

برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

بررسی عملکرد قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه ای در برابر پیرشدگی براثر اشعه فرابنفش

بررسی عملکرد قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه ای

بررسی عملکرد قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه ای در برابر پیرشدگی براثر اشعه فرابنفش-بخش سوم

Posted on by
Share

بررسی عملکرد قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه ای در برابر پیرشدگی براثر اشعه فرابنفش-بخش سوم

مواد و روش آزمایش

1-  مواد:

قیر نفوذی با گرید 80/100 تولیدشده توسط شرکت SK کره جنوبی برای این آزمون مورداستفاده قرار گرفت. هیدروکسیدهای دولایه‌ای (LDHs) مورداستفاده در آزمون، ساخت شرکت شیمیایی Ruifa واقع در ژیانگیاین چین بود. فرمول شیمیایی هیدروکسیدهای دولایه‌ای Mg6Al2(OH)16CO3]·4H2O] است. اندازه ذرات هیدروکسیدهای دولایه‌ای در جهت محور a و محور b برابر با 2 میکرومتر و اندازه این ذرات در جهت محور c برابر با 0/075 می‌باشد.

2-  آماده‌سازی قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه‌ای:

قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه‌ای با استفاده از یک مخلوط‌کن برشی بالا تهیه‌شده است. ابتدا قیر را درون مخلوط‌کن تا دمای 150 درجه سانتی گراد حرارت داده. سپس به ترتیب مقدار 3 درصد وزنی و 5 درصد وزنی هیدروکسیدهای دولایه‌ای را به آن اضافه می‌کنیم. سرانجام، مخلوط‌کن با سرعت 4000 دور در دقیقه برای مدت حدود 60 دقیقه برای حصول اطمینان از پراکنده شدن هیدروکسیدهای دولایه‌ای درون قیر، آن‌ها را باهم مخلوط کرد. هم‌چنین قیر تازه و دست‌نخورده نیز به همان روش به‌عنوان نمونه شاهد تهیه گردید.

3-   روش پیرشدگی:

ابتدا آزمون گرمخانه فیلم نازک (TFOT طبق استاندارد ASTM D1754/D1754M-09) بر روی بایندر به‌منظور شبیه‌سازی فرآیند پیرشدگی اعمال شد. سپس نمونه پیر شده در گرمخانه، تحت تابش اشعه فرابنفش جهت اعمال پیرشدگی قرار گرفت. چرخه و مدت‌زمان تابش اشعه در این فرآیند به مدت 9 روز بود.

4-   آزمون خواص فیزیکی:

خواص فیزیکی قیر شامل نقطه نرمی و نفوذپذیری (در 25 درجه سانتی گراد) به ترتیب طبق استاندارد ASTM D36 و ASTM D5 مورد آزمایش قرار گرفت. دستگاه ویسکومتر بروکفیلد (مدل +DV- II) برای اندازه‌گیری چگالی قیر طبق استاندارد ASTM D4402 به کار گرفته شد.

5-  آنالیز ترکیب‌بندی شیمیایی:

ترکیب‌بندی شیمیایی نمونه شاهد و نمونه اصلاح‌شده با 5 درصد وزنی هیدروکسیدهای دولایه‌ای طبق استاندارد ASTM D4124-2009 اندازه‌گیری شد. محاسبه مقدار ترکیب‌بندی شیمیایی قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه‌ای بر پایه مقدار واقعی قیر است که در آن افزودن LDH ها در محاسبات در نظر گرفته نمی‌شود.

6-   آنالیز طیف‌سنجی تبدیل فوریر فروسرخ (FTIR):

طیف‌سنج تبدیل فوریر فروسرخ مدل (Nexus ساخت شرکت Thermo Nicolet) برای ثبت طیف نمونه شاهد و نمونه اصلاح‌شده با 5 درصد وزنی هیدروکسیدهای دولایه‌ای قبل و بعد از پیرشدگی مورداستفاده قرار گرفت. هم‌چنین ترکیب‌بندی شیمیایی آن‌ها نیز طبق فرآیند فوق به دست آمد. تمام طیف‌ها در محدوده طول‌موج بین 400-4000 cm-1 بود. اسکن‌ها به تعداد 64 مورد و وضوح طیف به میزان 4cm-1  بود.

برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

بررسی عملکرد قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه ای در برابر پیرشدگی براثر اشعه فرابنفش-بخش چهارم

برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:  

بررسی عملکرد قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه ای در برابر پیرشدگی براثر اشعه فرابنفش